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梁柱节点与梁板同时浇筑之节点抗剪承载力核算
: It’s necessary to check the shear and compressive of beam-column joint that the beam concrete is placed through the column, but the concrete strength grade of beams and column is different. According to " Code for design of concrete structures" (GB50010-2010) Frame Joints shear capacity of the core area of computational requirements, select typical examples, accounting shear capacity of the node area and proposing ways to improve Shear Load .
1．引言
当前，高层建筑越来越多，为避免由于轴压比的控制而使柱截面过大，在设计时柱一般均采用高强混凝土；但是高强度的混凝土很容易造成楼板干缩开裂，影响质量，因而梁板混凝土一般均不超过C40。这就造成了梁、柱的混凝土强度不同，一般均会相差2个等级以上，由此产生了梁柱节点区（以下简称“节点区”）混凝土强度等级随柱还是随梁的问题。
2．常用做法
做法一：节点处混凝土强度等级同柱，浇高强混凝土。这种做法在实际施工中存在以下的问题：
（1）目前商品混凝土已普遍采用，其塌落度皆很大，在节点处只浇高强混凝土，支模非常困难，节点处先浇捣的高强混凝土可能会流淌较远，如右图所示。
造成梁上很不容易处理的施工缝，而这里正是梁端内力较大的部位，可能影响梁的抗剪强度。
（3）需要留施工缝之处，正是梁的纵筋和箍筋密集的部位，很难支模。
做法二：节点处采用与梁板相同强度的混凝土等级（即节点与梁板同时浇筑），节点处增设竖向短筋来提高其强度。但在实际施工中很难做到，这是因为节点处两个方向框架梁上部纵筋常很密集，再要插入纵筋并加箍筋，非常困难。
做法三：梁柱节点区与梁板同时浇筑，算出节点混凝土的折算强度，然后再验算其承载力。若承载力满足，则不采取任何措施，若承载力不足，则需梁端加腋，插入竖向钢筋，以提高其承载力。
关于第三种做法，国外做了较多的研究，美国与加拿大的规范中对此均有规定；国内，北京市建筑设计研究院也对此做了试验与有限元分析，得出的结论均同上。关于这方面的详细情况可参见《建筑结构》2001第5期“高强度混凝土柱的梁柱节点处理方法”。北京市建筑设计研究院编的《建筑结构专业技术措施》也将该方法录入。
公认的计算节点折算强度的方法如下：
对于中柱，取如下(1)、(2)式的较小值；
对于边柱，按(3)式计算；
对于角柱，按(4)式计算。
式中： ----- 梁柱节点处混凝土折算强度；
----- 柱混凝土强度；
----- 梁混凝土强度；
c ------柱边长；
h ------梁高。
笔者认为：只要在设计时仔细核算，验算节点区的抗剪及抗压，对于施工来说，做法三是一种简单实用的方法。
3．做法三（节点区与梁板同时浇筑）应用实例
某项目为地下2层、地上26层的框架-核心筒结构办公楼，层高表与各层梁、柱混凝土强度等级如图一所示。
抗震设计条件
标准层结构平面图如图二所示（图中的截面为第5层梁柱截面）：
按公式1~4对梁柱混凝土等级相差2级以上的节点区进行混凝土强度等级折算，结果见表一。
由表一可以看出，中柱及边柱节点区折算混凝土强度等级与柱混凝土强度等级相差不多，而角柱节点区混凝土强度等级与柱相比则小较多，然而，由于角柱的荷载常较中、边柱小，而截面与其同，因而其承载力一般来说也不会有问题。
表一：节点区混凝土强度等级折算
下面以5层KZ1~ KZ5(位置见附图二)为例，进行节点区抗剪承载力计算。
表二：节点区抗剪承载力计算
注：1.计算剪力及计算轴力均为SATWE计算结果；
2.抗剪承载力计算依据：《混凝土设计规范（GB50010-2010）》式11.6.3与式11.6.4-2。
由表二可以看出，KZ1之x向、KZ2之y向，KZ3、KZ4 、KZ5的双向节点区抗剪承载力都远远大于计算剪力，节点区随梁板一起浇筑是安全的；然而，KZ1之y向抗剪承载力刚刚满足计算要求，KZ2之x向并不能满足计算要求。
由图二可以看出，KZ1之y向、KZ2之x向通过较短框架梁直接与内筒相连，此处的框架梁在地震作用下，吸收了很大的剪力，根据《混凝土设计规范》式11.6.2-4可知， KZ1、KZ2节点区相应方向的剪力亦较大，以致于节点区抗剪承载力不满足要求。/轴处的KZ6也有同样的问题。
由《混凝土设计规范》式11.6.4-2可知，影响节点区抗剪承载力的因素有：正交梁对节点的约束影响系数、混凝土强度、节点区截面高度、节点区有效宽度、箍筋强度、有效箍筋面积等。在箍筋强度等级已为Ⅲ级钢的情况下，其中最有效的方法是改变约束影响系数与有效箍筋面积。以KZ2为例，调整约束影响系数与有效箍筋面积，计算结果见表三、表四。
表三：调整有效箍筋面积的抗剪承载力
由表三可以看出，增大有效箍筋面积可以提高抗剪承载力。
表四：调整约束影响系数的抗剪承载力
根据《混凝土结构设计规范》11.6.3条：当楼板为现浇、梁柱中线重合、四侧各梁截面宽度不小于该侧柱截面宽度的1/2，且正交方向梁高度不小于较高框架梁高度的3/4时，可取正交梁对节点的约束影响系数ηj为1.50，当不满足上述条件时，应取ηj为1.00。就该实例来说，为使ηj=1.50，梁宽就需不小于柱宽的一半，也就是500mm，因此调整梁截面为500x600，重新进行计算，得到表四的结果。可以看出，在特定的条件下，加宽梁宽，使节点有效宽度与柱宽同时，可以取得明显的效果。
4．结论
4.1．对于一般的高层结构而言，由于柱截面大小是由轴压比而非强度决定的，因此其截面大小及配筋皆有富余。节点区与梁板同时浇筑后其折算混凝土强度仍旧满足要求。但是，对于通过较短框架梁直接与剪力墙相连的框架柱来说，在地震作用下，框架梁吸收了很大的剪力，这就导致了节点区的剪力亦较大，有可能会发生节点区抗剪承载力不足的情况。因此，在设计时需要仔细核算节点区的抗剪及抗压，确保安全。
4.2．当节点区的抗剪承载力不足时，需要调整设计，增强对节点区混凝土的约束作用，比较直接有效的方法有两种：一是增加有效箍筋面积；二是加大梁的宽度（不小于柱宽的一般），使正交梁对节点的约束影响系数ηj=1.50。后一种方法对结构来说是更加安全有效的。
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